1. 研究目的与意义（文献综述）

斜拉桥的构思在17世纪就开始出现，但由于缺乏桥梁结构和力学的理论知识，以及用作斜拉索的材料强度不足，导致该类桥梁坍塌事故时有发生，在此后的300多年中斜拉桥这种结构体系没有得到很大的重视和发展。随着工程力学知识体系的建立以及电子计算机技术和模型试验的发展，使得具有高次超静定结构的斜拉桥突破了结构计算复杂这一重大难点问题，为后期斜拉桥的研究奠定了坚实的计算基础。到1938年，德国工程师dishinger重新认识到斜拉桥的优越性，并对其进行了研究，由他设计的主跨182m的stromsund桥（钢主梁）拉开了现代斜拉桥的序幕。紧接着在1962年，第一座混凝土斜拉桥——马拉开波湖桥在委内瑞拉建成。随后，斜拉桥得到大量的应用和发展，在短短的几十年内，跨度由100m左右发展到1000m以上。而斜拉桥的发展不仅仅是跨度上的飞跃，随着时代的发展，斜拉桥的结构形式和受力形态也越来越复杂，由系索结构体系逐渐向结构更加复杂的密索体系发展；主梁的受力形式也由主要承受弯矩逐渐转变成主要承受轴力。对于具有高次超静定结构体系的斜拉桥的设计和研究工作必须借助有限元分析软件才能进行。对于不同跨径和不同结构体系的斜拉桥，其整体的受力特点是相同的，可以看成用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，主梁恒载以及作用于主梁上的活载通过斜拉索传至塔柱，再通过塔柱基础将荷载传至地基。但是要确保每一座斜拉桥的索力、主梁弯矩以及索塔的轴力是否合理，则需要对其进行受力性能研究。因此为了保证斜拉桥结构体系的安全性以及受力的合理性，对利用有限元软件对斜拉桥进行受力分析研究就十分有必要。

鉴于斜拉桥受力复杂的特点，国内外许多专家学者对斜拉桥全桥以及局部构件的受力进行深入研究。彭泽友,王兴达等^【5】，应用大型通用有限元分析程序ansys对梅溪河大桥箱形主塔进行了索塔锚固区应力分析研究，采用混凝土单元solid65和杆单元link8分别模拟塔体和环向预应力钢束，并按实际结构形状真实地建立了索塔锚固区的受力模型，根据索塔受力的实际工况，给出结构特征点处的应力值，为斜拉桥的设计和施工提供参考；廖原^【10】，应用通用有限元程序ansys建立了2种不同结构形式的索塔有限元空间实体模型。利用这2种模型分别分析了某一大跨度斜拉桥的索塔在恒载和温度荷载共同作用下的受力特征。得出承台需设置系梁的结论。并对类似结构的设计提出了若干建议；王安怀，郑凯锋等^【18】，以在建的拱形钢塔斜拉桥为工程背景，运用大型有限元软件midas/civil对该桥进行全桥计算，分析讨论了竖吊杆的四种张拉方案对横向拱形钢塔的变形及受力的影响，同时总结出比较合理的张拉方案，并计算分析该方案下各施工阶段、成桥及运营阶段横向拱形钢塔的变形及受力情况。周德云，林元培等^【17】，在长期的研究中提出了斜拉桥温度影响分析方法，提出如何利用建筑材料的热物理特性，利用桥址处的气象资料，计算斜拉桥各构件部分的非线性温度分布以及由此产生的温度应力的计算原理和方法；国外学者kawashimak 等^【21】 对斜拉桥抗震设计进行动力特性分析，分析了结构的自振频率特性，同时结合地震荷载的输入，对斜拉桥进行地震响应分析。

目前国内外大量学者对斜拉桥受力性能研究都集中在大跨度斜拉桥的整体受力性能分析和部分构件及锚固区的受力分析上。随着城市发展，具有跨度适中，结构轻盈，外形奇特优美的中、小跨径斜拉桥在城市跨线桥和跨河道桥中越来越占据优势。由于城市景观的需求，异形塔斜拉桥更是受到设计者的青睐。但是异形塔的构造特点更为复杂，不再像传统斜拉桥的塔柱那种，保持竖直高嵩即可。因此其受力特性也更为复杂，需要通过合理的受力性能研究，来确定异形塔的布置形式及位置。为了保证桥梁的安全性和耐久性，对异形塔斜拉桥受力分析研究就显得十分必要了。本文是基于山东烟台新建东关大桥——异形钢塔双索面斜拉桥为成功背景进行分析研究。对东关大桥进行受力分析，讨论其索塔、拉索、主梁以及局部连接部位的布置及受力合理性。

2. 研究的基本内容与方案

本毕业论文拟以某2x70m双索面异形拱塔斜拉桥项目为工程背景，开展双索面拱形塔斜拉桥受力性能研究，分别对其整体受力进行分析，异形钢拱桥塔的布置和受力进行分析，拉索的布置和受力进行分析，主梁的受力进行分析，以及局部连接部位进行分析和桥梁动力特性分析。其桥梁总体布置形式见附件。

研究的基本内容包括：

（1） 采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立双索面异形拱塔斜拉桥全桥有限元分析模型。该模型整体采用平面杆系单元建模，主梁采用单主梁模型，这是目前计算中使用最多的一种主梁模型。它把桥面系的刚度和质量都集中在中间节点上。斜拉索采用只受拉杆单元，主梁节点和拉索之间采用刚臂连接或处理为主从关系。

（2）对该斜拉桥进行桥梁结构静力计算与分析，包括：

整体结构计算；

整体结构计算是斜拉桥计算中最为关键的计算内容，本项目斜拉桥采用平面杆系有限元发计算桥梁内力。由于斜拉桥属于高次超静定结构，其成桥内力和施工累计位移与施工过程密切相关，因此需根据实际的施工工序，进行施工阶段的计算，再才能进行运营阶段工况的计算。其主要计算分析内容有：

①主梁成桥状态和运营阶段主要组合弯矩和轴力计算，分析主梁在该状态下的受力合理性，讨论主梁刚度是否满足规范要求。

②主梁成桥状态和运营阶段主要组合应力计算，分析主梁在该状态下的应力分布形态，讨论其合理性。

③索塔成桥状态和运营阶段主要组合弯矩和轴力计算，分析索塔在该状态下的受力合理性。

④斜拉索成桥状态和运营阶段的主要组合索力，分析斜拉索在该状态下的受力合理性，并优化调整斜拉桥索力。

⑤主梁和索塔在活载作用下的位移，分析位移特点，讨论如何减小活载作用下斜拉桥的位移。

⑥主梁在支撑处反力及位移。

局部分析计算

本斜拉桥结构体系为塔墩固接，塔梁分离的半漂浮体系，索塔采用花瓣形边、中桥塔布置，均为半椭圆拱形钢塔，其索塔构造特别，需对索塔及塔间斜拉索进行受力分析，讨论索塔构造及受力的合理性以及塔间索布置的合理性；本桥桥墩为混凝土桥墩，需对桥墩与桥塔钢混固接处进行局部应力分析，确保其结合部位的安全性。

（3）桥梁结构动力特性计算与分析。

斜拉桥结构轻巧，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引起种种振动现象。这种振动，轻则影响行车、行人的舒适性，重则是桥梁毁坏。因此对斜拉桥进行结构动力特性分析，掌握其动力特性是十分必要的。本桥为双索面异性塔斜拉桥，桥塔及拉索布置独出新意，对其进行结构动力特性分析。

①计算该斜拉桥结构自振频率，分析其特性。

②计算斜拉桥的地震荷载结构动力响应，分析结构抗震的安全性。

3. 研究计划与安排

第1周：确定毕业设计题目，查阅关于斜拉桥的规范，书籍。

第2至3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习论文研究所需的基础材料，确定初步方案，完成开题报告。

第4至5周：异形塔斜拉桥结构计算分析的理论与方法的学习及相关软件的学习。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 《公路斜拉桥设计细则》（jtg/td65-01-2007）

[2] 刘士林等. 斜拉桥[d]．北京：人民交通出版社，2002.

[3] 王伯惠．斜拉桥结构发展和中国经验[d]．北京：人民交通出版社，2003.